DE10128897C1

DE10128897C1 - Bremssystem für Schienenfahrzeuge

Info

Publication number: DE10128897C1
Application number: DE10128897A
Authority: DE
Inventors: Thomas Wagner; Ulf Friesen; Gerd Becker
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2003-01-02
Anticipated expiration: 2021-06-16
Also published as: EP1266814A3; ATE279340T1; DE50201263D1; EP1266814A2; EP1266814B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem für Schienenfahrzeuge, insbesondere für einen aus mehreren Schienenfahrzeugen bestehenden Schienenfahrzeugverband, mit mehreren elektromechanischen Bremszuspanneinrichtungen, von welchen je eine Bremszuspanneinrichtung von wenigstens einem lokalen Bremssteuergerät angesteuert ist und mit wenigstens einem zentralen Bremssteuergerät, das mit den lokalen Bremssteuergeräten über wenigstens einen Bremssystem-Datenbus kommuniziert. DOLLAR A Gemäß der Erfindung ist wenigstens einer Gruppe von lokalen Bremssteuergeräten (LCU¶1¶...LCU¶p¶) eines Teils des Schienenfahrzeugs oder eines Teils des Schienenfahrzeugverbandes wie beispielsweise eines Drehgestells oder eines einzelnen Wagens jeweils mindestens ein weiteres, dem zentralen Bremssteuergerät (CCU¶1¶...CCU¶2¶) und den lokalen Bremssteuergeräten (LCU¶1¶...LCU¶p¶) der Gruppe zwischengeschaltetes Bremssteuergerät (ICU¶1¶...ICU¶n¶) zugeordnet, wobei jedes lokale Bremssteuergerät der Gruppe (LCU¶1¶...LCU¶p¶) von lokalen Bremssteuergeräten mittels eines separaten, lokalen Bremssystem-Datenbusses (6) mit dem zugeordneten weiteren Bremssteuergerät (ICU¶1¶...ICU¶n¶) kommuniziert.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Bremssystem für Schienenfahrzeuge, insbeson dere von einem Bremssystem für einen aus mehreren Schienenfahrzeugen beste henden Schienenfahrzeugverband, mit mehreren elektromechanischen Bremszu spanneinrichtungen, von welchen je eine Bremszuspanneinrichtung von wenigstens einem lokalen Bremssteuergerät angesteuert ist und mit wenigstens einem zentra len Bremssteuergerät, das mit den lokalen Bremssteuergeräten über wenigstens ei nen Bremsystem-Datenbus kommuniziert, nach der Gattung des Patentanspruchs 1.

Aus der EP 0 467 112 B1 ist ein Bremssystem für Straßenfahrzeuge mit zwei zentra len Bremssteuergeräten bekannt, bei welchem je ein zentrales Bremssteuergerät mit zwei radbezogenen Bremssteuergeräten mittels eines Datenbusses kommuniziert. Die Bremssteuergeräte stehen mit dem Datenbus über Knoten in Verbindung. Mo derne Schienenfahrzeuge und insbesondere Schienenfahrzeugverbände weisen ge genüber Straßenfahrzeugen in der Regel eine weitaus höhere Anzahl von Brems einheiten in Form von meist elektromechanischen Bremszuspanneinrichtungen auf, deren Bremssteuergeräte in Informationsaustausch mit dem zentralen Bremssteuer gerät treten müssen. Würde man die von Straßenfahrzeugen her bekannten Kom munikationsstrukturen auf Schienenfahrzeuge übertragen, so ergäbe sich eine rela tiv hohe Anzahl von Teilnehmern und Knoten an einem Datenbus, der aufgrund der großen räumlichen Erstreckung eines Schienenfahrzeugverbandes außerdem eine relativ niedrige Übertragungsrate aufwiese. Gerade für Echtzeitfunktionen wie bei spielsweise die Gleitschutzfunktion oder die Bremskraftregelung sind jedoch hohe Datenübertragungsraten notwendig.

Aus der DE 198 29 126 A1 ist ein elektromechanisches Bremssystem bekannt, wel ches einen Pedalsimulator, ein Zentralmodul und mehrere Radbremsmodule beinhaltet. Ein redundanter Datenbus verbindet das Zentralmodul mit den Bremsmoduln. Zentralmodul und Bremsmoduln können aus mehreren, jeweils derselben Hierar chieebene zugehörigen Rechnern aufgebaut sein.

Die DE 198 48 990 A1 beschreibt ein Bremssystem für Schienenfahrzeuge, bei wel chem die Ansteuerung der Bremsen jeweils über eine lokale elektronische Brems steuereinheit erfolgt und die Bremssignale über einen zentralen Schienenfahrzeugdatenbus übertragen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bremssystem für Schie nenfahrzeuge der eingangs erwähnten Art derart weiter zu entwickeln, dass zumin dest bereichsweise ein schneller Datenaustausch zwischen Bremssteuergeräten, Sensoren und Aktuatoren möglich ist. Darüber hinaus soll das Bremssystem eine hohe Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass wenigstens einer Grup pe von lokalen Bremssteuergeräten eines Teils des Schienenfahrzeugs oder eines Teils des Schienenfahrzeugverbandes wie beispielsweise eines Drehgestells oder eines einzelnen Wagens jeweils mindestens ein weiteres, dem zentralen Brems steuergerät und den lokalen Bremssteuergeräten der Gruppe zwischengeschaltetes Bremssteuergerät zugeordnet ist, wobei jedes lokale Bremssteuergerät der Gruppe von lokalen Bremssteuergeräten mittels eines separaten, lokalen Bremssystem- Datenbusses mit dem zugeordneten weiteren Bremssteuergerät kommuniziert.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Kommunikationsstruktur mit Moduln, die jeweils eine begrenzte Anzahl von lokalen und räumlich nicht weit voneinander entfernt ge legenen Bremssteuergeräten beinhalten, die jeweils durch separate Bremssystem- Datenbusse mit einem Bremssteuergerät einer mittleren Steuerebene kommunizie ren, sind innerhalb eines jeden Moduls echtzeitgerechte Datenübertragungsraten realisierbar, wie sie für schnelle Steuerungs- und Regelungsaufgaben wie bei spielsweise eine Bremskraftregelung oder eine Gleitschutzregelung notwendig sind. Demgegenüber können übergeordnete, auf ein oder mehrere Schienenfahrzeuge oder auf den gesamten Schienenfahrzeugverband bezogene Bremssystem- Datenbusse hiervon entkoppelt weiterhin mit einer niedrigeren Übertragungsrate be trieben werden. Ein solches Bremssystem kann auf einfache Weise um weitere sol cher Module erweitert werden, ohne dass hierfür Änderungen der Kommunikations struktur notwendig wären. Darüber hinaus sind den einzelnen Moduln unterschiedli che Bremsanforderungssignale zuweisbar, so dass eine individuelle Bremskraftan passung wie beispielsweise eine für jeden Wagen eines Schienenfahrzeugverban des lastabhängige Bremskraftanforderung auf einfache Weise realisierbar ist.

Im weiteren geht mit der sternförmigen Modulstruktur mit jeweils separaten lokalen Bremssystem-Datenbussen für jedes lokale Bremssteuergerät eine erhöhte Verfügbarkeit des Bremssystems einher, da ein Ausfall eines lokalen Bremssteuergeräts bzw. des zugeordneten lokalen Bremssystem-Datenbusses keine Auswirkungen auf die Funktion der übrigen lokalen Bremssteuergeräte bzw. deren Bremssystem- Datenbusse hat. Im weiteren würde auch ein Ausfall des den Moduln übergeordne ten Bremssystem-Datenbusses bzw. des zentralen Bremssteuergeräts die Auslö sung einer gleitschutzgeregelten Sicherheitsbremsung nicht verhindern, weil die Mo dule als stand-alone-Systeme die Gleitschutzregelung unabhängig hiervon ausüben können.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Wei terbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung möglich.

Besonders zu bevorzugende Maßnahmen sehen vor, dass die lokalen Bremssys tem-Datenbusse CAN(Controller Area Network)-Busse sind und eine relativ hohe Übertragungsrate zur Realisierung eines Echtzeitverhaltens aufweisen, welche vor zugsweise in einem Bereich von ca. 500 bis 1000 kBits/s liegt. Hierbei beinhaltet je ein lokaler Bremssystem-Datenbus eine oder mehrere elektrische Leitungen und/oder eine oder mehrere Lichtwellenleiter.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass wenigstens ein weiteres, redun dantes zentrales Steuergerät vorgesehen ist, wobei die zentralen Bremssteuergeräte durch einen globalen Bremssystem-Datenbus untereinander und mit fahrzeug- oder fahrzeugverbandbezogenen Sensoren und Aktoren kommunizieren. Durch Vorse hen eines weiteren zentralen Steuergeräts, das die Aufgaben des anderen zentralen Steuergeräts bei dessen Ausfall übernimmt, wird die Verfügbarkeit des erfindungs gemäßen Bremssystems in vorteilhafter Weise weiter gesteigert.

In bevorzugter Weise kommunizieren die zentralen Bremssteuergeräte mittels des von den lokalen Bremssystem-Datenbussen unabhängigen, globalen Bremssystem- Datenbusses mit den weiteren Bremssteuergeräten, wobei der globale Bremssys tem-Datenbus einen CAN-Bus mit linearer Busstruktur beinhaltet. Durch diese Maß nahme sind in den lokalen Bremssystem-Datenbussen höhere Übertragungsraten als innerhalb des globalen Bremssystem-Datenbusses realisierbar, außerdem fördert eine derartige Entkopplung die Funktionssicherheit der in den Moduln zusammen gefassten lokalen Bremssteuergeräte.

Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt die einzige Fi gur ein schematisches Blockschaltbild einer Kommunikationsstruktur der Bremssteu ergeräte eines elektromechanischen Bremssystems für eine S-Bahn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist aus Maßstabs- und Übersichtlichkeitsgründen von einem Bremssystem für eine S-Bahn lediglich die Kommunikationsstruktur 1 der Bremssteuergeräte dar gestellt. Eine obere Steuerebene des Bremssystems wird durch zwei zentrale Bremssteuergeräte CCU₁ und CCU₂ gebildet, die systemübergreifend in die übrige Schienenfahrzeugelektronik eingebunden sind, indem sie von einem Schienenfahr zeug-Datenbus 2 Signale empfangen, welche für den gesamten Schienenfahrzeug verband der S-Bahn von Bedeutung sind, wie beispielsweise das Bremsanforde rungssignal eines Bremswertgebers, ein Parkbremssignal oder ein Störungssignal.

Die beiden redundant vorhandenen, zentralen Bremssteuergeräte CCU₁, CCU₂ ste hen über einen globalen Bremssystem-Datenbus 4 miteinander in Verbindung, so dass bei Ausfall eines der zentralen Bremssteuergeräte CCU₁, CCU₂ das jeweils an dere dessen Aufgaben übernehmen kann. Außerdem kann dadurch eine gegenseiti ge Funktionsüberwachung erfolgen. Lastsensoren LS erfassen die momentane Last der S-Bahn und senden ein entsprechendes Signal an die zentralen Bremssteuerge räte CCU₁, CCU₂, die daraufhin die Bremsanforderung lastabhängig anpassen. Aus gangsgrößen der beiden zentralen Bremssteuergeräte CCU₁, CCU₂ sind unter ande rem Bremskraftsollwerte für mehrere an den globalen Bremssystem-Datenbus 4 an geschlossene Bremssteuergeräte ICU₁, ICU₂ einer mittleren Steuerebene. Der glo bale Bremssystem-Datenbus 4 stellt daher die Kommunikation zwischen den zentralen Bremssteuergeräten CCU₁, CCU₂ der oberen Steuerebene und den Brems steuergeräten ICU₁, ICU₂ der mittleren Steuerebene sicher.

Der globale Bremssystem-Datenbus 4 ist vorzugsweise als CAN-Bus mit linearer Busstruktur ausgebildet, d. h. die zentralen Bremssteuergeräte CCU₁, CCU₂ der obe ren Steuerebene und die Bremssteuergeräte ICU₁, ICU₂ der mittleren Steuerebene sind in nebengeordneter Weise an den globalen Bremssystem-Datenbus 4 ange schlossen, ohne dass der Ausfall eines Teilnehmers die Verfügbarkeit der anderen Teilnehmer beeinflusst. Der globale Bremssystem-Datenbus 4 ist darauf ausgelegt, die Kommunikation innerhalb eines großen Schienenfahrzeugverbandes zu ermögli chen und wird vorzugsweise mit einer relativ niedrigen Übertragungsrate von ca. 125 kBits/s betrieben, um eine zuverlässige Datenübertragung auch bei einer maxi malen Buslänge von ca. 250 m noch gewährleisten zu können. Um die Verfügbarkeit zu erhöhen, kann auch der globale Bremssystem-Datenbus 4 redundant ausgeführt sein. Zusätzlich zu den beiden zentralen Bremssteuergeräten CCU₁, CCU₂ können auf dem globalen Bremssystem-Datenbus 4 weitere Geräte wie Steuerungen, Sen soren, Aktuatoren angeschlossen werden, welche im Schienenfahrzeugverband verteilt sind.

Auf einer unteren Steuerebene dienen lokale Bremssteuergeräte LCU₁. . .LCU_p zur Ansteuerung von Bremsaktuatoren umfassenden, elektromechanischen Bremszu spanneinrichtungen, wobei jeweils ein lokales Bremssteuergerät LCU_i einer Brems zuspanneinrichtung zugeordnet ist. Hierbei sind erfindungsgemäß die lokalen Bremssteuergeräten LCU₁. . .LCU_p eines Teils eines Schienenfahrzeugs, eines Schie nenfahrzeugs oder eines Teils des Schienenfahrzeugverbandes wie beispielsweise eines Drehgestells oder eines einzelnen Wagens der S-Bahn jeweils zu einer Grup pe zusammengefasst, wobei jedes lokale Bremssteuergerät LCU_i einer Gruppe über einen separaten, lokalen Bremssystem-Datenbus 6 mit dem der betreffenden Grup pe zugeordneten Bremssteuergerät ICU_i der mittleren Steuerebene kommunizierend in Verbindung steht. Die lokalen Bremssteuergeräte LCU₁. . .LCU_p einer solchen Grup pe tauschen somit in einer sternförmigen Struktur mit dem zugeordneten Brems steuergerät ICU_i der mittleren Steuerebene Daten aus und sind an dieses jeweils mittels einer "Punkt-zu-Punkt-Verbindung" angeschlossen. Die Bremssteuergeräte ICU₁, ICU₂ der mittleren Steuerebene stellen dabei Datenverteiler bzw. Datenfilter für die ihnen jeweils zugeordnete Gruppe von lokalen Bremsteuergeräten LCU₁. . .LCU_p dar. Beispielsweise kann es aufgrund einer lastabhängigen Bremsanforderung erfor derlich sein, einem oder mehreren lokalen Bremssteuergeräten LCU₁. . .LCU_p inner halb einer Gruppe andere Bremskraftsollwerte zuzuweisen als den restlichen lokalen Bremssteuergeräten LCU₁. . .LCU_p der Gruppe. Darüber hinaus kann beispielsweise auch ein Bremswertabgleich aufgrund unterschiedlicher Erwärmung der Bremsaktu atoren innerhalb einer Gruppe notwendig sein.

Wesentlich ist jedoch, dass in den lokalen Bremssystem-Datenbussen 6 höhere Daten-Übertragungsraten möglich sind als innerhalb des globalen, sich räumlich we sentlich weiter erstreckenden Bremssystem-Datenbusses 4, so dass innerhalb eines durch ein Bremssteuergerät ICU_i der mittleren Steuerebene und die ihm zugeordne ten lokalen Bremssteuergeräte LCU₁. . .LCU_p gebildeten Moduls 8 schnelle Steue rungs- und Regelungsfunktionen wie beispielsweise eine Gleit- oder Schlupfregelung und/oder eine Bremskraftregelung realisiert werden können. Solche Regelfunktionen können in den Bremssteuergeräten ICU₁, ICU₂ der mittleren Steuerebene und/oder in den lokalen Bremssteuergeräten LCU₁. . .LCU_p der unteren Steuerebene enthalten sein. Radnahe Impulsgeber IG melden hierzu die momentanen Radgeschwindigkei ten an die lokalen Bremssteuergeräte LCU₁. . .LCU_p. An den globalen Bremssystem- Datenbus 4 können weitere solcher Module 8 angeschlossen werden, so dass das Bremssystem modular erweiterbar ist.

Die lokalen Bremssystem-Datenbusse 6 sind vorzugsweise CAN(Controller Area Network)-Datenbusse, die Datenübertragung erfolgt vorzugsweise ereignisgetrig gert mit einer hohen Busfrequenz, welche in einem Bereich von ca. 500 bis 1000 kBits/s liegt. Die Realisierung der lokalen "Punkt-zu-Punkt-Verbindungen" kann so wohl über entsprechend spezifizierte Kupferdrahtleitungen als auch über Lichtwel lenleiter erfolgen. Der globale CAN 4 und die lokalen CAN 6 stellen dann voneinan der unabhängige und entkoppelte Bremssystem-Datenbusse dar.

Bezugszeichenliste

1

Kommunikationsstruktur

2

Schienenfahrzeug-Datenbus

4

globaler Bremssystem-Datenbus

6

lokaler Bremssystem-Datenbus

8

Modul
CCU zentrales Bremssteuergerät einer oberen Steuerebene
ICU Bremssteuergerät einer mittleren Steuerebene
LCU Bremssteuergerät einer unteren Steuerebene
IG Impulsgeber
LS Lastsensor

Claims

1. Bremssystem für Schienenfahrzeuge, insbesondere für einen aus mehreren Schienenfahrzeugen bestehenden Schienenfahrzeug-verband, mit mehreren elekt romechanischen Bremszuspanneinrichtungen, von welchen je eine Bremszuspann einrichtung von wenigstens einem lokalen Bremssteuergerät angesteuert ist und mit wenigstens einem zentralen Bremssteuergerät, das mit den lokalen Bremssteuerge räten über wenigstens einen Bremssystem-Datenbus kommuniziert, dadurch ge kennzeichnet, dass wenigstens einer Gruppe von lokalen Bremssteuergeräten (LCU₁. . .LCU_p) eines Teils des Schienenfahrzeugs oder eines Teils des Schienenfahr zeugverbandes wie beispielsweise eines Drehgestells oder eines einzelnen Wagens jeweils mindestens ein weiteres, dem zentralen Bremssteuergerät (CCU₁, CCU₂) und den lokalen Bremssteuergeräten (LCU₁. . .LCU_p) der Gruppe zwischengeschaltetes Bremssteuergerät (ICU₁. . .ICU_n) zugeordnet ist, wobei jedes lokale Bremssteuergerät der Gruppe (LCU₁. . .LCU_p) von lokalen Bremssteuergeräten mittels eines separaten, lokalen Bremssystem-Datenbusses (6) mit dem zugeordneten weiteren Bremssteu ergerät (ICU₁. . .ICU_n) kommuniziert.

2. Bremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein solches weiteres Bremssteuergerät (ICU₁. . .ICU_n) zusammen mit den mittels der lokalen Bremssystem-Datenbusse (6) mit ihm kommunizierenden lokalen Bremssteuergerä ten (LCU₁. . .LCU_p) ein dem betreffenden Teil des Schienenfahrzeugs oder dem betreffenden Teil des Schienenfahrzeugverbandes zugeordnetes Modul (8) bildet, in welchem schnelle Steuer- und Regelfunktionen wie beispielsweise eine Gleitschutz regelung und/oder eine Bremskraftregelung enthalten sind.

3. Bremssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleit schutzregelung und/oder die Bremskraftregelung im weiteren Bremssteuergerät (ICU₁. . .ICU_n) und/oder in den lokalen Bremssteuergeräten (LCU₁. . .LCU_p) enthalten ist.

4. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die lokalen Bremssystem-Datenbusse (6) vorzugsweise CAN(Cont roller Area Network)-Busse sind und eine relativ hohe Übertragungsrate zur Realisie rung eines Echtzeitverhaltens aufweisen, welche vorzugsweise in einem Bereich von ca. 500 bis 1000 kBits/s liegt.

5. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß je ein lokaler Bremssystem-Datenbus (6) eine oder mehrere elektri sche Leitungen und/oder eine oder mehrere Lichtwellenleiter beinhaltet.

6. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß wenigstens ein weiteres, redundantes zentrales Steuergerät (CCU₂) vorgesehen ist, wobei die zentralen Bremssteuergeräte (CCU₁, CCU₂) durch einen globalen Bremssystem-Datenbus (4) untereinander und mit fahrzeug- oder fahr zeugverbandbezogenen Sensoren und Aktoren kommunizieren.

7. Bremssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen Bremssteuergeräte (CCU₁, CCU₂) mittels des von den lokalen Bremssystem- Datenbussen (6) unabhängigen, globalen Bremssystem-Datenbusses (4) mit den weiteren Bremssteuergeräten (ICU₁. . .ICU_n) kommunizieren.

8. Bremssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der globale Bremssystem-Datenbus (4) einen CAN-Bus mit linearer Busstruktur beinhaltet.